你是咖啡愛好者嗎？如果你是，你的桌子、地板、書頁和衣服上可能都會(huì)刻有你“對咖啡的熱愛”的紀(jì)念品……是的，我說的是每個(gè)咖啡愛好者都害怕的東西——咖啡漬！

現(xiàn)在，仔細(xì)看看其中一個(gè)。你會(huì)注意到咖啡漬并沒有真正變成深褐色斑點(diǎn)。相反，它們往往會(huì)留下淡淡的棕色，周圍是薄薄的深色邊緣。

那么，你有沒有想過為什么污漬會(huì)這樣分布？

咖啡：生活問題的解決方案？

一杯基本的咖啡是通過將磨碎的咖啡豆與熱水混合制成的。一杯咖啡是解決一天壓力的完美方案。

咖啡由溶解和未溶解的油組成，還有相當(dāng)數(shù)量的大顆粒漂浮在周圍。 因此，可以將咖啡看做是懸浮液，甚至是膠體也是ok的。

咖啡環(huán)效應(yīng)

當(dāng)你不小心將咖啡弄灑時(shí)，最初，里面的懸浮顆粒是或多或少均勻地分布在濺出的咖啡滴中的。

然而，隨著咖啡逐漸變干，這些微小的顆粒和著色劑開始沿著邊緣積聚，在污漬周圍形成一個(gè)環(huán)?？茖W(xué)家們把這種現(xiàn)象稱為咖啡環(huán)效應(yīng)。

但是是什么迫使這些粒子走到了邊緣呢？

咖啡斑的科學(xué)：內(nèi)聚力、粘附力和表面張力

像咖啡這樣的液體分子非常粘稠。他們總是試圖緊緊地?cái)D在其他咖啡分子周圍。這種相似分子粘在一起的趨勢稱為內(nèi)聚力。

由于內(nèi)聚力，液體表面的分子被本體中的分子強(qiáng)烈地拉向內(nèi)部。

表面分子所經(jīng)歷的這種強(qiáng)張力就是我們所說的表面張力。表面張力使液體表面收縮并沉降在其具有最小表面積的狀態(tài)。而以最小表面積提供最佳排列的形狀是球體。

因此，內(nèi)聚力總是傾向于使液滴保持球形！

然而，我們從未見過一滴完美的球形咖啡隨意地留在桌子上。為什么？因?yàn)橐后w分子不僅相互吸引，而且還被表面的分子吸引。不同種類分子之間的這種吸引力稱為粘附。

與內(nèi)聚力相反，粘附力會(huì)使液滴變平。

根據(jù)內(nèi)聚力和粘附力的強(qiáng)度以及表面的性質(zhì)，斑點(diǎn)可能更接近球體或薄而扁平的混亂狀態(tài)。理想情況下，水滴最終會(huì)介于兩者之間……球形圓頂?shù)谋馄綘睢?/p>

一旦達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，液滴就會(huì)非常努力地維持它。

液滴干燥過程會(huì)發(fā)生什么？

當(dāng)一滴咖啡掉在物體表面上時(shí)，會(huì)發(fā)生一些有趣的事情。液滴的邊緣附著或“固定”到表面的凹槽上。這種“邊緣釘扎”對于咖啡環(huán)效應(yīng)的發(fā)生至關(guān)重要。

一旦固定，液滴的邊緣就不會(huì)移動(dòng)，液體開始通過蒸發(fā)和被吸收而變干。然而，蒸發(fā)速率并非均勻分布于整個(gè)表面。

研究表明，在液體與空氣和固體平面接觸的邊緣，蒸發(fā)速率更大。

由于水滴中心較厚，邊緣蒸發(fā)較大，隨著干燥的進(jìn)行，水滴最終看起來像這樣：

然而，如前所述，液滴對它們的形狀真的很挑剔。一旦他們的扁平圓頂形狀受到干擾，他們就會(huì)試圖回到穩(wěn)定的陣型。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，來自中心的流體會(huì)沖出到邊緣并重新填充干燥區(qū)域。

這種補(bǔ)充過程在整個(gè)干燥過程中會(huì)持續(xù)進(jìn)行。

因此，在干燥時(shí)，水滴的外邊界保持固定，但它會(huì)變得越來越平坦。

那么……咖啡顆粒呢？

隨著流體不斷向外流動(dòng)，咖啡顆粒也會(huì)沿著固定邊緣被沖上來。然后咖啡顆粒沿著邊緣緊緊地堆積起來。

因此，當(dāng)全部液體蒸發(fā)時(shí)，剩下的只是一堆堆積在邊界上的深棕色咖啡顆粒。這就是我們觀察到的咖啡漬的變暗邊緣。

一些污漬斑駁

并非所有的咖啡漬最終都會(huì)形成一個(gè)完美的深色環(huán)。有些污漬在它們周圍有一個(gè)微妙的邊界，而另一些則最終會(huì)變成一團(tuán)糟。

正如我們前面所說，根據(jù)內(nèi)聚力和粘附力，液滴的形狀會(huì)有所不同，反過來，向外的流動(dòng)也會(huì)有所不同。這會(huì)影響粒子的沉積，所以有時(shí)我們會(huì)得到補(bǔ)丁而不是環(huán)。

結(jié)論

除咖啡外，咖啡環(huán)效應(yīng)在許多其他流體中也占主導(dǎo)地位。在涂料、油漆制造和印刷等領(lǐng)域，消除或避免這種影響是必要的，在這些領(lǐng)域，顏色的均勻沉積是必不可少的。

研究表明，表面活性劑的存在，如肥皂和橢圓形顆粒，可以減輕這種影響。該領(lǐng)域的研究仍在持續(xù)深入中。

現(xiàn)在，你了解咖啡漬背后的科學(xué)知識(shí)，因此下次當(dāng)你在科學(xué)作業(yè)中不小心灑了咖啡時(shí)，請嘗試通過展示你對咖啡環(huán)效應(yīng)的知識(shí)來轉(zhuǎn)移老師的憤怒！嗯，課后可以再來一杯咖啡壓壓驚^_^！